慶長10年10月17日（1605年11月27日）に幕府から追加で与えられた土地で、下野国河内郡の7ヶ村（薬師寺村、町田村、田中村、仁良川村、東根村、磯部村、絹板村）と都賀郡の3ヶ村（萱橋村、飯田村、山田村）からなる。絹板村の枝村である花田村を加えて11ヶ村であり、惣名として薬師寺と呼ばれた。石高は最初の検地で5,414石、後に新田400石を加えて、寛文4年の決定時に5,818石である。秋田六郡と合わせて約20万5,800石になる。義宣は参勤交代の際、奥州街道の脇道にある薬師寺へよく立ち寄っており、鷹狩りを楽しんだり、塩原温泉から運ばせた湯で湯治を行ったりしていた。
関ヶ原の戦いから2年後の慶長7年5月8日（1602年6月27日）、佐竹義宣は徳川家康から突然国替の命令を受け、与力大名であった蘆名盛重、岩城貞隆、多賀谷宣家、相馬義胤と共に関東・南陸奥の領地をすべて没収された（相馬義胤のみ同年10月に改易撤回）。国替の命令というのは「義宣は羽州に於て替地を賜へし」というもので、具体的な場所も石高も明らかにされていなかった。転封先で得られる収益の規模、賄える家臣の数が判らないため、義宣は家老・和田昭為に対し、俸禄の削減と小禄家臣の召し放ちを予告する書状を出している。またこの書状によると、この時点で義宣は転封先を「最上」と推測していたらしい。同年7月27日（1602年9月12日）、改めて判物が下されて転封先は明らかになったが、「出羽国之内秋田・仙北両所進め置き候、すべて御知行あるべく候也」というだけで、なお石高は不明であった。この「秋田・仙北」は秋田六郡のことで、秋田郡・檜山郡（後の山本郡）・豊島郡 （後の河辺郡）・山本郡（後の仙北郡）・平鹿郡・雄勝郡を指す。秋田六郡の石高が20万石と決定するのは寛文4年4月5日（1664年4月30日）で、2代藩主佐竹義隆の治世後期になってからである。この時に義隆は幕府へ高辻帳を提出して、当時の実高である32万石の公認を求めたものの、認められなかった。これ以前には正式な石高は無かったことになるが、諸役負担や他の大名との席次などから推測すると、その時々によるが15万石から、多い時には30万石超に相当する扱いを受けていたと考えられている。
この節では、寛文4年（1664年）に石高が確定するまでの変遷を記す。以後は長く変わらないが、幕末には蝦夷地の一部が与えられ、また戊辰戦争後に支藩の岩崎藩へ雄勝郡の一部を割譲している。
プロホロフカにはクルスクとベルゴロドを結ぶ鉄道路線があり、さらに北西部にプショール川が流れ地形も広大な草原であった。このプショール川と鉄道に阻まれた狭い地域で、7月12日、プロホロフカ占領を目指す第2SS装甲軍団のLSSAH師団と、第2SS装甲軍団を撃破し第48装甲軍団の後方遮断を意図する第5親衛戦車軍とで戦車戦が開始された。12日早朝、252.2高地から前進するLSSAH戦車戦闘団とソ連第53機械化旅団とが遭遇、戦車戦が始まった。これを皮切りに、次々とLSSAH師団の前線に戦車部隊の飽和攻撃を繰り返し、LSSAH師団は前進を中止し防御戦闘への移行を余儀なくされた。当時の戦闘記録によると、タンクデサントを満載したT-34の集団が自ら築いた対戦車壕を前に進攻が停止し、これを飛び越えようとして転落して行動不能になる戦車部隊も中にはあった。LSSAHの防御線を突破した赤軍部隊も全て撃退された。「我々より10倍もの敵戦車部隊との戦闘は、これまで経験が無かった。」（第7戦車中隊長ティーマンSS大尉）と言う程の激戦だった。13日のLSSAH師団報告によると、ソ連軍戦車192輌を撃破した。こうしたソ連側の被害は、第5親衛戦車軍司令官パーヴェル・ロトミストロフがティーガー対策に近接戦闘を指示したため、砲塔に増加装甲を装備したIV号戦車をティーガーと誤認して接近し、逆にドイツ軍の75mm砲が有効な距離で撃破されていった結果でもあった。LSSAH師団の損害は24輌（全損車はIV号戦車：4輌、ティーガー：1輌）。14日には稼動88輌に回復した。第IISS装甲軍団全体の損害もLSSAH師団24輌、DR師団16輌、T師団20輌、計60輌（全損5輌、修理可能な損傷車輌55輌）と、過去言われていたデータとは比較にならないほど小さかった。第5親衛戦車軍は「16日までにT-34：222輌、T-70：89輌、チャーチル：12輌、SU：11輌全損」と報告した。ちなみにソ連の戦史ではティーガー撃破とよく出てくるが、この時稼動していた本物のティーガーは、LSSAH戦車連隊第13中隊の僅か4輌にすぎない。これまでこの戦闘に参加した戦車数はドイツ軍600両、赤軍900両にも及び両軍の損害合わせると700両に及ぶ損耗戦だったと言われてきた。これは1981年までSSの記録が機密扱いだったため、両軍の参加した車両や構成、損害数などは資料によって、またはドイツ・ソ連から公開される不完全な資料で食い違いがあった。さらに崩壊前のソ連はプロパガンダとしてこの戦いを劇的に脚色して発表していたため、正確な情報が曖昧な状態になっている。